Наша образовательная программа (ОП) была создана 9 декабря 2016 года приказом проректора МФТИ в числе других пяти ОП. Инициаторами создания нашей ОП были декан ФОПФ Валерий Валерьевич Киселёв, зав. кафедрой теоретической физики Юрий Михайлович Белоусов и доцент этой кафедры Николай Михайлович Щелкачёв. При составлении учебного плана мы опирались на опыт работы по магистерской программе, созданной нами на физхиме в 2013 году.
Наша ОП готовит специалистов в области теоретической физики, вооружённых лучшими вычислительными средствами. Её фирменные черты: решение любой задачи начинается с атомистического рассмотрения; далее многомасштабный подход, где можно применить всё, чему учит теоретическая физика; обязательно сравнение с экспериментом. Всё это позволяет заниматься широчайшим спектром задач от прикладных до самых фундаментальных проблем.
Суперкомпьютерное атомистическое многомасштабное моделирование конденсированного состояния и живых систем — одно из прорывных направлений современной фундаментальной и прикладной науки, обладающее большой предсказательной силой. Всё, что окружает нас, включая нас самих, состоит из движущихся атомов и молекул. Уравнения движения универсальны. Если овладеть техникой их численного решения, можно моделировать любые вещества, неживые и живые, и их поведение. Теоретическая физика требуется для постановки задач, анализа результатов, их распространения за пределы пространственных и временных масштабов, доступных атомистическому моделированию.
Основные направления исследований, к которым привлекаются студенты и аспиранты:
- свойства веществ в равновесных условиях – уравнение состояния, фазовые равновесия, вязкость, проводимость, оптика и т.п. для простых веществ, металлов, углеводородов, полимеров, углеродных наноматериалов, сахаридов, электролитов и пр.;
- фазовые диаграммы веществ в экстремальных условиях, разогретое плотное вещество, неидеальная и пылевая плазма; металлизация водорода при высоких давлениях, высокотемпературная сверхпроводимость гидридов;
- свойства веществ и процессы в них в неравновесных условиях – метастабильные состояния и их распад, кинетика фазовых превращений, аморфные состояния, стёкла, аморфизация при быстром охлаждении или сжатии, трибология;
- динамика и кинетика фазовых переходов; ретроградная конденсация нефтегазовых смесей; неравновесные фазовые переходы при фильтрации газоконденсатов через пористые среды, наножидкости, газгидраты, тематика Газпрома;
- пластичность, прочность и другие проблемы материаловедения, радиационное материаловедение, радиационное старение, коррозия, тематика Росатома;
- атомистические основы свойств и процессов в материалах и рабочих телах электрохимических накопителей энергии, являющихся компонентами систем возобновляемых источников энергии; перенос протона в электролитах;
- биомолекулярные системы: структура, динамика и функции белков, нуклеиновые кислоты, биомембраны и «населяющие» их рецепторы, ионные каналы, молекулярный докинг белок-лиганд и другие проблемы живых систем на атомном уровне; рациональное компьютерное конструирование лекарств нового поколения, действующих на мишени в клеточных мембранах.
Из фундаментальных проблем, которыми мы занимаемся, выделим три проблемы, которые В.Л. Гинзбурга отнёс к "великим". Во-первых, речь идёт о возрастании энтропии, необратимости и "стреле времени". Во-вторых, это проблема интерпретации и понимания квантовой механики. В-третьих, это вопрос о связи физики с биологией и, конкретно, проблема редукционизма.
Подробности и имеющиеся задачи можно узнать, связавшись с научными руководителями, работающими по соответствующим тематикам. Все преподаватели программы – активно действующие учёные. Задачи, к которым они привлекают студентов, очень разнообразны и расширяются каждый год. Их круг у каждого представлен в разделе «научные руководители».
Работа со студентами
Работа со студентами начинается с первого курса. Знакомство первокурсников с учёбой и научной работой на образовательной программе начинается с занятий в рамках мастер-класса "Горизонты физики". Предусмотрено менторство, когда к каждому первокурснику прикрепляется преподаватель, аспирант или старшекурсник для еженедельного общения. Серьёзные специальные лекционные курсы и компьютерные практикумы начинаются на 2-м курсе, на 4-м семестре. Параллельно студенты, отлично справляющиеся с учебным планом, могут, при желании, включаться в научную деятельность уже со 2-го курса, поскольку для старта достаточно знаний первых двух семестров и спецкурсов 4-го семестра.
Особенность программы - система LEARN-BY-DOING, совмещающая раннее начало научной деятельности с обучением технологии научной жизни: как писать статьи, общаться с рецензентами, докладывать результаты на российских и международных конференциях, осваивать искусство публичных выступлений и общения с коллегами, писать заявки на гранты, проекты, стипендии, премии, а затем отчёты, т.е. конвертировать свои результаты в материальную поддержку.
Обычно срок подготовки диссертации – около 6 лет. Таким образом, при работе со 2-го курса диссертация пишется за 1-й год аспирантуры, что даёт ранний старт научной карьеры. Наши студенты и выпускники очень любят путешествовать по всему миру, совмещая приятное с полезным, участвуя в международных конференциях и научных школах, посещая ведущие научные центры за рубежом, но работают в Москве, по специальности, востребованы, материально обеспечены. Кандидаты наук решают даже жилищную проблему.
Подробное описание образовательной программы с иллюстрациями можно найти в прикрепленном постере по ссылке.
Популярное и немного неформальное изложение информации об основных научных темах и особенностях образовательной программы можно посмотреть в презентации лекции Г.Э.Нормана для первокурсников на занятии по проектной деятельности 11 ноября 2020 года.
Учебный план образовательной программы
"Вычислительная физика конденсированного состояния и живых систем"
(все занятия проводятся на физтехе)
